Преимущества 3D-печати

Введение

3D-печать создает части, создавая объекты по одному слою за раз. Этот метод предлагает множество преимуществ по сравнению с традиционными методами производства (например, механической обработкой с ЧПУ), наиболее важным из них, которые относятся к отрасли в целом, рассматриваются в этой статье.

3D-печать вряд ли заменит многие традиционные методы производства, однако существует множество приложений, в которых 3D-принтер может быстро и с высокой точностью создать дизайн из функционального материала.

Понимание преимуществ 3D-печати позволяет дизайнерам принимать более обоснованные решения при выборе производственного процесса и создавать оптимальный продукт.

Изучите основы 3D-печати

Загрузите наше руководство по 3D-печати

Скорость

Одним из основных преимуществ аддитивного производства является скорость производства деталей по сравнению с традиционными методами производства. Сложные конструкции можно загрузить из модели САПР и распечатать за несколько часов. Преимуществом этого является быстрая проверка и разработка дизайнерских идей.

Если раньше на получение прототипа могли уйти дни или даже недели, то аддитивное производство передает модель дизайнеру в течение нескольких часов. . В то время как более промышленные машины для аддитивного производства требуют больше времени для печати и последующей обработки детали, возможность производить функциональные конечные детали в малых и средних объемах дает огромное преимущество в экономии времени по сравнению с традиционными методами производства (часто время выполнения заказа на одни только штампы для литья под давлением могут занимать недели).

Одноэтапное производство

Одной из самых больших проблем для дизайнера является то, как изготовить деталь максимально эффективно. Для изготовления большинства деталей по традиционным технологиям требуется большое количество производственных операций. Порядок выполнения этих шагов влияет на качество и технологичность проекта.

Рассмотрим изготовленный на заказ стальной кронштейн, изготовленный с использованием традиционных методов производства:

Как и в аддитивном производстве, процесс начинается с модели САПР. Как только проект завершен, изготовление начинается с первой резки стальных профилей по размеру. Затем профили зажимаются на месте и свариваются по одному, образуя кронштейн. Иногда необходимо изготовить специальное приспособление, чтобы убедиться, что все компоненты правильно выровнены. Сварные швы затем полируются, чтобы получить хорошую чистоту поверхности. Далее просверливаются отверстия, чтобы кронштейн можно было закрепить на стене. Наконец, кронштейн подвергается пескоструйной обработке, грунтуется и окрашивается для улучшения внешнего вида.

Повысьте свои навыки проектирования 3D-печати

Получите бесплатный постер с правилами проектирования 3D-печати

Машины аддитивного производства завершают сборку за один шаг, без участия оператора машины на этапе сборки. Как только проект САПР будет завершен, его можно будет загрузить на машину и распечатать за один шаг за пару часов.

Возможность изготовления детали за один этап значительно снижает зависимость от различных производственных процессов (механическая обработка, сварка, покраска) и дает конструктору больший контроль над конечным продуктом.

Стоимость

Стоимость производства можно разделить на 3 категории; затраты на эксплуатацию машины, материальные затраты и трудозатраты.

Эксплуатационные расходы машины :


Большинство настольных 3D-принтеров потребляют столько же энергии, сколько и ноутбуки. Промышленные технологии аддитивного производства потребляют большое количество энергии для производства одной детали. Однако возможность изготовления изделий сложной геометрии за один шаг приводит к более высокой эффективности и увеличению оборота. Затраты на эксплуатацию оборудования обычно составляют наименьшую часть общей стоимости производства.

Материальные затраты :


Стоимость материалов для аддитивного производства значительно варьируется в зависимости от технологии. В настольных FDM-принтерах используются филаментные катушки, которые стоят около 25 долларов за кг, а для SLA-печати требуется смола, розничная цена которой составляет около 150 долларов за литр. Ассортимент материалов, доступных для аддитивного производства, затрудняет количественное сравнение с традиционным производством. Нейлоновый порошок, используемый в SLS, стоит около 70 долларов за кг, в то время как сопоставимые нейлоновые гранулы, используемые для литья под давлением, можно купить всего за 2-5 долларов за кг. Затраты на материалы составляют основную часть стоимости детали, изготовленной с помощью аддитивного производства.

Затраты на оплату труда :


Одним из основных преимуществ 3D-печати является низкая стоимость рабочей силы. Помимо постобработки, большинству 3D-принтеров требуется, чтобы оператор нажимал только кнопку. Затем машина следует полностью автоматизированному процессу производства детали. По сравнению с традиционным производством, где обычно требуются высококвалифицированные механики и операторы, трудозатраты на 3D-принтер практически нулевые.

Аддитивное производство в небольших объемах имеет очень конкурентоспособную стоимость по сравнению с традиционным производством. Для производства прототипов, которые проверяют форму и соответствие, это значительно дешевле, чем другие альтернативные методы производства (например, литье под давлением) и часто конкурентоспособно для изготовления одноразовых функциональных деталей. Традиционные методы производства становятся более рентабельными по мере увеличения объемов производства, а высокие затраты на настройку оправдываются большими объемами производства.

Интересует стоимость 3D печати? Получите мгновенное предложение

3D печать пластиком 3D печать металлом

Снижение рисков

Заказ неисправного прототипа стоит дизайнеру времени и денег. Даже небольшие изменения в пресс-форме или методе изготовления могут иметь большие финансовые последствия.

Возможность проверить дизайн путем печати готового к производству прототипа, прежде чем инвестировать в дорогостоящее производственное оборудование (например, пресс-формы или инструменты и приспособления), устраняет риск в процессе прототипирования. Это помогает укрепить доверие к дизайну, прежде чем делать большие инвестиции, необходимые для уровня массового производства.

Сложность и свобода дизайна

Ограничения, налагаемые традиционным производством на то, что можно изготовить, обычно не имеют отношения к аддитивному производству. Поскольку компоненты строятся послойно, требования к конструкции, такие как углы наклона, подрезы и доступ к инструменту, не применяются при проектировании деталей для 3D-печати

Несмотря на то, что существуют некоторые ограничения на элементы минимального размера, которые могут быть точно напечатаны, большинство ограничений аддитивного производства связаны с тем, как оптимально ориентировать печать, чтобы уменьшить зависимость от поддержки и вероятность сбоя печати. Это дает дизайнерам большую свободу проектирования и позволяет легко создавать очень сложные геометрические фигуры.

Настройка

3D-печать не только дает больше свободы в дизайне, но и позволяет полностью настраивать дизайн. Поскольку современные технологии аддитивного производства позволяют создавать отдельные детали по одной, они идеально подходят для единичного производства.

Эта концепция была принята медицинской и стоматологической промышленностью для производства индивидуальных протезов, имплантатов и стоматологических приспособлений. От спортивной экипировки высокого уровня, идеально подходящей для спортсмена, до солнцезащитных очков и модных аксессуаров на заказ, аддитивное производство позволяет экономично производить единичные партии нестандартных деталей.

Получите глубокое понимание текущего состояния рынка 3D-печати

Загрузить отчет о тенденциях в области 3D-печати 2020 г.

Простота доступа

Хотя аддитивное производство существует уже более 30 лет, основной рост произошел с 2010 года. Это должно привести к появлению в отрасли большого количества 3D-принтеров, что значительно облегчит дизайнерам доступ к технологиям аддитивного производства.

Только в 2015 году по всему миру было продано более 278 000 принтеров для аддитивного производства стоимостью менее 5000 долларов США. С тех пор количество проданных принтеров постоянно удваивалось. То, что изначально было нишевой технологией, доступной только небольшому сегменту обрабатывающей промышленности, теперь стало доступным и конкурентоспособным по стоимости методом производства деталей, используемым в самых разных отраслях.

Устойчивое развитие

Методы субтрактивного производства, такие как фрезерная или токарная обработка с ЧПУ, удаляют значительное количество материала из исходного блока, что приводит к большим объемам отходов.

В методах аддитивного производства обычно используется только материал, необходимый для изготовления детали. В большинстве процессов используется сырье, которое можно перерабатывать и повторно использовать более чем в одной сборке. В результате процесс аддитивного производства производит очень мало отходов.

Увеличение количества машин для аддитивного производства в мире также повлияло на расстояние, на которое отправляются прототипы:

Поскольку настольные 3D-принтеры имеют относительно небольшую кривую обучения для успешной работы, проекты не нужно отправлять эксперту для изготовления. Более того, площадь промышленной системы аддитивного производства намного меньше площади традиционного производства.

По этой причине профессиональные услуги 3D-печати создаются по всему миру, даже в местах с высокой стоимостью земли (например, в Лондоне или Нью-Йорке). Снижение требований к отгрузке положительно влияет на окружающую среду. Это, в сочетании с возможностью печатать и производить запасные части на месте, приводит к гораздо меньшему углеродному следу для большинства деталей, производимых с помощью аддитивного производства.

Хотите узнать больше о 3D-печати?

Получите образец руководства по 3D-печати